2021届高考物理粤教版一轮学案：第八章核心素养提升
展开科学探究(“3步”攻克电学设计实验)
电学设计实验的难点是电路的设计思路，其突破方法为
第1步―→明确实验目的
第2步―→通过实验目的与实验器材的结合，选择合适的实验原理
第3步―→画出可能实验原理图，结合题设条件确定最优的电路原理图
典例 现要测量电压表的内阻和电源的电动势，提供的器材有：电源(电动势约为6 V，内阻不计)，电压表V1(量程0～2.5 V，内阻约为2.5 kΩ)，电压表V2(量程0～3 V，内阻约为10 kΩ)，电阻箱R0(最大阻值为9 999.9 Ω)，滑动变阻器R1(最大阻值为3 kΩ)，滑动变阻器R2(最大阻值为500 Ω)，单刀双掷开关一个，导线若干。
(1)在图a中完成实验电路原理图的连线；
(2)电路中应选用滑动变阻器________(选填“R1”或“R2”)；
(3)按照下列步骤进行实验：
①闭合开关前，将滑动变阻器和电阻箱连入电路的阻值调至最大；
②闭合开关，将电阻箱调到6 kΩ，调节滑动变阻器至适当的位置，此时电压表V1的示数为1.60 V，电压表V2的示数为2.40 V；
③保持滑动变阻器连入电路的阻值不变，再将电阻箱调到2 kΩ，此时电压表V1的示数如图b所示，其示数为____________V，电压表V2的示数为1.40 V。
(4)根据实验数据，计算得到电源的电动势为________V，电压表V1的内阻为________kΩ，电压表V2的内阻为________kΩ。
[设计思路]
第1步：明确实验目的
―→可知本题的实验目的是测电压表的内阻和电源的电动势
第2步：选择合适的实验原理
―→根据题目的实验仪器可知本题可用电压表和电阻箱测电源的电动势
第3步：画原理图
解析 (1)由于两个电压表的量程都小于电源的电动势，两个电压表串联后的总电压仍然小于电源的电动势，故应该用滑动变阻器作为保护电阻。如果只是测量电动势，可以采用如图甲所示的电路，但是要想计算电压表V1、电压表V2各自的内阻，需要将电路改进，设计的电路有图乙、图丙所示的两种；而通过电压表V1的最大电流约为1 mA，通过电压表V2的最大电流约为0.3 mA，故设计的电路应该选择图乙。
(2)根据(1)中电路图的连接，因为电压表的内阻较大，故滑动变阻器的最大阻值应该大于电压表V1的内阻，故滑动变阻器应该选择R1。
(3)题图b所示的电压表的最小刻度为0.1 V，故估读到0.01 V，其读数为2.10 V。
(4)对图乙，设电压表V1和电压表V2的内阻分别为r1、r2，示数分别为U1、U2，滑动变阻器的电阻调到r，由闭合电路的欧姆定律，得E＝U1＋U2＋(＋)r，E＝U1′＋U2′＋(＋)r，其中R01＝6 kΩ，R02＝2 kΩ，对电压表V1和电压表V2所在的电路，由串并联规律得＝＋，＝＋，代入数据，联立解得E＝5.60 V，r1＝2.5 kΩ，r2＝10 kΩ。
答案 (1)见解析图乙所示 (2)R1 (3)2.10 (4)5.60 2.5 10
